智能車的設(shè)計(jì)
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3 速度傳感器
3．1 方案選擇
(1)霍爾傳感器配合稀土磁鋼
優(yōu)點(diǎn)：獲取信息準(zhǔn)確、體積小、不增加后輪負(fù)載。
缺點(diǎn)：齒輪出靠近主驅(qū)動(dòng)電機(jī)，容易受磁場(chǎng)干擾，對(duì)齒輪打孔容易順壞齒輪。
(2)光電傳感器
優(yōu)點(diǎn)：體積小、不增加后輪負(fù)載、反射型方案對(duì)原有器件不需要再加工。
缺點(diǎn)：精度受到光電管體積的限制。
(3)光電編碼器
優(yōu)點(diǎn)：獲取信息準(zhǔn)確、精度高。
缺點(diǎn)：增加后輪負(fù)載、體積大。
比較以上三種方案，考慮到系統(tǒng)的可靠性，主后輪轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪為塑料質(zhì)地，打孔比較危險(xiǎn)，而且車重的任何增加都有可能影響到車速，最終決定采用直射型光電傳感器。
3．2 硬件電路設(shè)計(jì)
傳感器電路結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。
4 驅(qū)動(dòng)部分
4．1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器選擇
根據(jù)電機(jī)學(xué)和電力拖動(dòng)理論，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器要有足夠的電流輸出能力來保證驅(qū)動(dòng)力的充足。綜合考慮，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器采用一體化的專用功率驅(qū)動(dòng)集成電路進(jìn)行設(shè)計(jì)分離元件(場(chǎng)效應(yīng)管)構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)器。
根據(jù)電機(jī)學(xué)，直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，n的表達(dá)式為：
式中：U為電樞端電壓；I為電樞電流；R為電樞電路中電阻；φ為每級(jí)磁通量；K為電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)。
由式(1)可知，直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制方法可以分為兩大類：對(duì)勵(lì)磁磁通進(jìn)行控制的勵(lì)磁控制法和對(duì)電樞電壓進(jìn)行控制的電樞控制法?，F(xiàn)在大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合都使用電樞電壓控制法，本設(shè)計(jì)采用的是在保證勵(lì)磁恒定不變的情況下，采用PWM來實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法。
電動(dòng)機(jī)的電樞繞組兩端的電壓平均值U。為：
式中：占空比D表示在一個(gè)周期T里開關(guān)導(dǎo)通的時(shí)間與周期的比值，D的變化范圍為0≤D≤1。由式(2)可知，當(dāng)電源電壓Us不變的情況下，電樞兩端電壓的平均值Uo取決于占空比D的大小，改變D值也就改變了電樞兩端電壓的平均值，從而達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，即實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)制。
為了便于取材和設(shè)計(jì)方便，此次設(shè)計(jì)選擇了飛思卡爾半導(dǎo)體公司的PC33886。PC33886在PWM調(diào)速模式驅(qū)動(dòng)下可以接受20 kHz的工作頻率；具有過熱、過流、短路保護(hù)，并且通過一條反饋線將器件的工作狀態(tài)反饋給單片機(jī)。
4．2 舵機(jī)控制
舵機(jī)控制程序流程圖如圖4所示。
車模在行駛過程中不斷采樣路況信息，并通過分析車模與賽道相對(duì)位置判斷車模所處路況，計(jì)算轉(zhuǎn)彎半徑。所有舵機(jī)標(biāo)準(zhǔn)PWM周期為20 ms，轉(zhuǎn)動(dòng)角度最大為90°，當(dāng)給舵機(jī)輸入脈寬為0．5 ms，即占空比為O．5／20=2．5％的調(diào)制波時(shí)，舵機(jī)右轉(zhuǎn)90°。可以推導(dǎo)出轉(zhuǎn)動(dòng)角度與脈寬的關(guān)系計(jì)算公式為：
t=1．5±θ／90
式中：t為正脈沖寬度，單位：ms；θ為轉(zhuǎn)動(dòng)角度；當(dāng)左轉(zhuǎn)時(shí)取加法計(jì)算，右轉(zhuǎn)時(shí)取減法計(jì)算。
在具體操作中PWM調(diào)制波的周期可以設(shè)置在20 ms左右一定范圍內(nèi)均可以使舵機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)反復(fù)測(cè)試最終把輸出PWM調(diào)制波周期設(shè)為13 ms。
運(yùn)行電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及舵機(jī)的轉(zhuǎn)角，在軟件上都是通過對(duì)PWM波占空比進(jìn)行設(shè)置來相應(yīng)控制的。
評(píng)論